每秒產生188億個!中國科學家實現(xiàn)世界最快實時量子隨機數(shù)發(fā)生器

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隨機數(shù)是一種重要資源,在信息安全、密碼學、科學仿真等眾多領域都有應用需求,但要人工產生大量“真隨機數(shù)”卻是個難題。近日,中國科學技術大學教授潘建偉、張軍等人聯(lián)合浙江大學儲濤教授研究組,通過研制硅基光子集成芯片和優(yōu)化處理,實現(xiàn)了速率達18.8Gbps的世界最快實時量子隨機數(shù)發(fā)生器。

隨機數(shù)在科學研究和日常生活中都有重要應用,比如在信息安全和密碼學等領域,需要第三方完全不知道的隨機數(shù)作為安全性的基礎。在游戲和人工智能等領域,需要使用隨機數(shù)來控制系統(tǒng)的演化。在天氣預報、新藥研發(fā)、新材料設計等領域,也常需要通過數(shù)值模擬進行計算,而數(shù)值模擬的關鍵是要有大量隨機數(shù)的輸入。

要人工產生大量“真隨機數(shù)”并不容易,很多隨機數(shù)發(fā)生器其實是基于確定性的算法,產生的是“偽隨機數(shù)”。量子力學的出現(xiàn)從根本上改變了這一局面,因為其物理過程具有“內稟隨機性”。量子隨機數(shù)發(fā)生器具有不可預測性、不可重復性和無偏性等特征,是量子通信系統(tǒng)中的關鍵核心器件。

潘建偉、張軍等人長期研究實用化量子隨機數(shù)發(fā)生器,并取得了多項世界前沿性成果。近期,他們進一步發(fā)展了基于真空態(tài)漲落的高速量子隨機數(shù)產生方案,并完成實驗驗證。同時,他們與浙江大學儲濤等合作,通過多次迭代制備了硅光芯片,并通過進一步優(yōu)化處理算法和硬件實現(xiàn),在實現(xiàn)高集成度的同時,大大提升了量子隨機數(shù)發(fā)生器的實時生成速率。

經傳輸測試,該量子隨機數(shù)發(fā)生器的實時生成速率達到創(chuàng)世界紀錄的18.8Gbps,相當于每秒鐘產生188億個隨機數(shù)。這個研究成果,為開發(fā)低成本的商用量子隨機數(shù)發(fā)生器單芯片奠定了技術基礎。

日前,國際知名學術期刊《應用物理快報》以“封面論文”的形式發(fā)表了這項研究成果。


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